考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法制造技術

一種考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法，涉及互聯電網中內網穩(wěn)態(tài)分析計算時考慮等值元件全面性和等值參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值參數估計方法。本發(fā)明專利技術利用計算機，通過程序，首先輸入基礎數據，建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡及其量測方程，計算外網等值參數的典型值并建立等值參數的物理約束，再建立考慮等值元件全面性的非拓撲優(yōu)化模型，求解并輸出外網等值參數的估計值。本發(fā)明專利技術具有等值元件的全面性，等值參數估計值的穩(wěn)定性及合理性，能提高內網穩(wěn)態(tài)分析計算的精度等特點。本發(fā)明專利技術可廣泛應用于互聯電網的外網靜態(tài)等值參數估計，特別是內網難以獲得外網實時同步數據時的外網靜態(tài)等值參數估計。

【技術實現步驟摘要】
考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法
本專利技術屬于電力系統靜態(tài)等值
，具體涉及互聯電網中內網穩(wěn)態(tài)分析計算時考慮外網等值元件的全面性和等值參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值參數估計方法。
技術介紹
在現代電力系統中，隨著清潔能源的大規(guī)模接入以及供電可靠性要求的不斷提升，互聯電網中各子網間的相互影響越來越強烈，在各子網(內網)在進行獨立的穩(wěn)態(tài)分析計算時，需考慮與之緊密聯系的相鄰子網(外網)的影響。在實際工程中，內網一般只能獲取外網典型運行方式的數據，難以獲得全網實時同步統一的運行數據，使得互聯電網一體化的靜態(tài)穩(wěn)定分析計算難以實現，從而影響內網的穩(wěn)態(tài)分析精度及其運行決策的有效性，并制約著清潔能源的利用率以及供電的可靠性。電力系統的靜態(tài)等值方法能對外網進行全面等值處理，同時能有效考慮外網對內網的影響，現已成為保證內網穩(wěn)態(tài)分析精度及其運行決策有效性的關鍵技術，是研究現代互聯電網安全穩(wěn)定運行的重要課題。現有電力系統非拓撲靜態(tài)等值方法，一般根據外網的構成事先假定外網等值網絡，并基于內部電網或邊界節(jié)點處的多時段電壓、電流相量的實時量測量或狀態(tài)估計量建立量測方程，進而建立外網等值網絡中的待求參數的估計模型，并采用優(yōu)化算法進行求解。該方法已廣泛地應用于內網的穩(wěn)態(tài)分析計算中，但由于該方法的等值元件不具有全面性或等值參數估計值不具有穩(wěn)定性和合理性，給內網穩(wěn)態(tài)分析計算以及運行決策的制定帶來較大誤差，影響了互聯電網的安全穩(wěn)定運行，因此亟需解決上述難題。現有互聯電網的非拓撲靜態(tài)等值方法，如2012年7月11日公布的專利技術專利“一種基于內網量測數據的兩端口外網靜態(tài)等值方法”，公開的方法是：基于內網多個時段的實測信息與外網等值參數的關系，建立兩端口外網等值參數的量測方程，考慮了電阻、電抗大于0、電抗大于電阻的一般物理約束，進而得到兩階段的最小二乘估計模型，再利用最小二乘法求解該模型得到外網等值參數的估計值。又如2013年第33卷第69期《電力自動化設備》中“基于內網實測信息的多端口外網靜態(tài)等值方法”一文，公開的方法是：根據兩端口的外網等值方法擴展為多端口得到，仍然采用兩階段的估計方法進行求解等值參數。上述方法共同的主要缺點是：①沒有考慮外網所包含的不同電力設備對內網產生的影響，不含外網等值負荷和等值對地電納，外網等值網絡不能較為全面地反映外網的控制特性；②在采用最小二乘模型求解等值參數時容易出現算法不收斂，等值參數估計值不合理的問題。從而導致外網等值精度降低、等值參數的估計值不具有穩(wěn)定性和合理性，難以達到內網穩(wěn)態(tài)分析計算的精度以及運行決策的有效性，進而影響互聯電網的安全穩(wěn)定運行。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有互聯電網非拓撲靜態(tài)等值方法的不足，提供一種考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法。本專利技術在考慮實際外網含有大量負荷和對地支路元件對內網的影響，提出考慮等值元件全面性的多端口等值網絡，并利用外網典型運行方式數據計算等值參數的典型值并以此設置物理約束，進而建立考慮等值元件全面性的非拓撲優(yōu)化模型，采用內點法求解外網等值參數。本專利技術方法具有等值元件全面性，能夠較為全面地反映外網主要元件對內網的影響，等值參數估計值具有穩(wěn)定性和合理性，為內網穩(wěn)態(tài)分析計算的準確性和有效性提供全面、穩(wěn)定、合理的外網等值參數，確保互聯電網的安全穩(wěn)定運行。實現本專利技術目的之技術方案是：一種考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法，利用計算機，通過程序，首先輸入內網的基礎數據以及外網的典型運行方式數據，建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡及其量測方程，計算外網等值參數的典型值，并建立等值參數的物理約束，再建立考慮等值元件全面性的非拓撲優(yōu)化模型，求解并輸出外網等值參數的估計值。所述方法的具體步驟如下：(1)輸入基礎數據輸入內網基礎數據和外網典型運行方式數據。所述內網基礎數據包括內網拓撲結構(即電網中各節(jié)點的連接關系)和電力設備參數(即線路、變壓器、發(fā)電機、負荷、無功補償裝置的節(jié)點編號、類型、額定容量、額定電壓、阻抗、導納參數)；所述外網典型運行方式數據包括外網最大運行方式和最小運行方式下的拓撲結構及電力設備參數以及運行狀態(tài)數據(即電網中各節(jié)點的電壓，負荷以及發(fā)電機的注入功率，各線路、變壓器的支路功率，無功補償設備的注入無功功率)。(2)建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡及其量測方程第(1)步完成后，根據內網與外網之間的端口個數n，建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡，所述網絡的等值元件包括等值支路，即等值互聯支路和等值擴展支路、等值對地支路、等值負荷、等值發(fā)電機四類等值元件，其中，bi、bj和ei、ej分別為邊界節(jié)點和等值發(fā)電機節(jié)點，下標i,j＝1,2,...,n,i≠j。在邊界節(jié)點bi處，根據基爾霍夫電流定律，計算節(jié)點bi電流和的公式為：式中：分別為第t個量測時段中邊界節(jié)點bi處母線上的電壓量測和流向內網的等效電流量測，t＝1,2,...,m，同理知Zij為外網等值網絡中邊界節(jié)點bi、bj之間等值互聯支路阻抗；Zi為等值發(fā)電機節(jié)點ei與邊界節(jié)點bi之間的等值擴展支路阻抗；Bi和分別表示接于邊界節(jié)點bi上的等值對地支路電納和等值負荷電流，為等值發(fā)電機節(jié)點ei的電壓。令則有將公式(2)左右兩邊同乘移項并將各等值參數以及邊界節(jié)點處的量測量按實部和虛部展開，并令等式兩端的實部和虛部分別相等，建立量測方程為：...

【技術保護點】
一種考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法，其特征在于所述方法的具體步驟如下：(1)輸入基礎數據輸入內網基礎數據和外網典型運行方式數據，所述內網基礎數據包括內網拓撲結構，即電網中各節(jié)點的連接關系和電力設備參數，即線路、變壓器、發(fā)電機、負荷、無功補償裝置的節(jié)點編號、類型、額定容量、額定電壓、阻抗、導納參數；所述外網典型運行方式數據包括外網最大運行方式和最小運行方式下的拓撲結構及電力設備參數以及運行狀態(tài)數據，即電網中各節(jié)點的電壓，負荷以及發(fā)電機的注入功率，各線路、變壓器的支路功率，無功補償設備的注入無功功率；(2)建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡及其量測方程第(1)步完成后，根據內網與外網之間的端口個數n，建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡，所述網絡的等值元件包括等值支路，即等值互聯支路和等值擴展支路、等值對地支路、等值負荷、等值發(fā)電機四類等值元件，其中，bi、bj和ei、ej分別為邊界節(jié)點和等值發(fā)電機節(jié)點，下標i,j＝1,2,...,n,i≠j；在邊界節(jié)點bi處，根據基爾霍夫電流定律，計算節(jié)點bi電流和的公式為：E.i-U.ttZi=I.it+I.Li+BiUit+Σj=1,j≠inUit-UjtZij---(1)]]>式中：分別為第t個量測時段中邊界節(jié)點bi處母線上的電壓量測和流向內網的等效電流量測，t＝1,2,...,m，同理知Zij為外網等值網絡中邊界節(jié)點bi、bj之間等值互聯支路阻抗；Zi為等值發(fā)電機節(jié)點ei與邊界節(jié)點bi之間的等值擴展支路阻抗；Bi和分別表示接于邊界節(jié)點bi上的等值對地支路電納和等值負荷電流，為等值發(fā)電機節(jié)點ei的電壓；令I.t=I.it+I.Li,]]>則有E.i-U.itZi=I.i+BiUit+Σj=1,j≠inUit-UjtZij---(2)]]>將公式(2)左右兩邊同乘移項并將各等值參數以及邊界節(jié)點處的量測量按實部和虛部展開，并令等式兩端的實部和虛部分別相等，建立量測方程為：f1it(x′)=a[Ei,Re-Ui,Ret-Zi,Re(Ii,Re-BiUi,Imt)+Zi,Im(Ii,Im+BiUi,Ret)]-b[Ei,Im-Ui,Imt-Zi,Re(Ii,Im+BiUi,Ret)-Zi,Im(Ii,Re-BiUi,Imt)]-Σj=1,j≠in[c(Ui,Ret-Uj,Ret)-d(Ui,Imt-Uj,Imt)]=0---(3)]]>f2it(x′)=a[Ei,Im-Ui,Imt-Zi,Re(Ii,Im+BiUi,Ret)+Zi,Im(Ii,Re-BiUi,Imt)]+b[Ei,Re-Ui,Ret-Zi,Re(Ii,Re-BiUi,Imt)-Zi,Im(Ii,Im+BiUi,Ret)]-Σj=1,j≠in[c(Ui,Imt-Uj,Imt)+d(Ui,Ret-Uj,Ret)]=0---(4)]]>式中：x′＝[Ei,Re,Ei,Im,Ri,Xi,Rij,Xij,ILi,Re,ILi,Im,Bi]T,i＝1,2,...，n，x′是量測方程公式(3)和公式(4)中的變量，Ei,Re和Ei,Im分別為的實部和虛部，Ri和Xi分別為等值擴展支路阻抗Zi的實部和虛部,Rij和Xij分別為等值互聯支路阻抗Zij的實部和虛部，ILi,Re和ILi,Im分別為等值負荷電流的實部和虛部，Bi為等值對地支路電納，Ii,Re和Ii,Im分別為的實部和虛部，和分別為的實部和虛部，和分別為的實部和虛部，a和b分別為Zij的實部和虛部，c和d分別代表了Zik的實部和虛部；(3)計算外網等值參數的典型值并建立等值參數的物理約束第(2)步完成后，根據外網的最大運行方式和最小運行方式下的典型運行數據及外網等值網絡的特點，用現有基于元件特性和靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法計算本專利技術中等值支路阻抗Zi和Zij、等值對地支路電納Bi、等值負荷電流及等值負荷電流的幅值ILi、等值發(fā)電機節(jié)點電壓的典型值，其中Ri,Xi,Rij,Xij,Bi,ILi的典型值按以下公式計算：x′maxo＝[Ri,maxo,Xi,maxo,Rij,maxo,Xij,maxo,Bi,maxo,ILi,maxo]T???(5)x′mino＝[Ri,mino,Xi,mino,Rij,mino,Xij,mino,Bi,mino,ILi,mino]T???(6)式中：x′maxo、x′mino分別為最大、最小運行方式下的兩組外網等值參數典型值向量，下標maxo代表了最大運行方式，mino代表了最小運行方式，Ri,maxo,Xi,maxo分別是外網最大運行方式下待求等值擴展支路阻抗中Ri,Xi的典型值，Rij,ma...

【技術特征摘要】
1.一種考慮等值元件全面性與參數物理約束的非拓撲靜態(tài)等值法，其特征在于所述方法的具體步驟如下：(1)輸入基礎數據輸入內網基礎數據和外網典型運行方式數據，所述內網基礎數據包括內網拓撲結構，即電網中各節(jié)點的連接關系和電力設備參數，即線路、變壓器、發(fā)電機、負荷、無功補償裝置的節(jié)點編號、類型、額定容量、額定電壓、阻抗、導納參數；所述外網典型運行方式數據包括外網最大運行方式和最小運行方式下的拓撲結構及電力設備參數以及運行狀態(tài)數據，即電網中各節(jié)點的電壓，負荷以及發(fā)電機的注入功率，各線路、變壓器的支路功率，無功補償設備的注入無功功率；(2)建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡及其量測方程第(1)步完成后，根據內網與外網之間的端口個數n，建立考慮等值元件全面性的外網等值網絡，所述網絡的等值元件包括等值支路，即等值互聯支路和等值擴展支路、等值對地支路、等值負荷、等值發(fā)電機四類等值元件，其中，bi、bj和ei、ej分別為邊界節(jié)點和等值發(fā)電機節(jié)點，下標i,j＝1,2,...,n,i≠j；在邊界節(jié)點bi處，根據基爾霍夫電流定律，計算節(jié)點bi電流和的公式為：式中：分別為第t個量測時段中邊界節(jié)點bi處母線上的電壓量測和流向內網的等效電流量測，t＝1,2,...,m，同理知Zij為外網等值網絡中邊界節(jié)點bi、bj之間等值互聯支路阻抗；Zi為等值發(fā)電機節(jié)點ei與邊界節(jié)點bi之間的等值擴展支路阻抗；Bi和分別表示接于邊界節(jié)點bi上的等值對地支路電納和等值負荷電流，為等值發(fā)電機節(jié)點ei的電壓：令則有將公式(2)左右兩邊同乘移項并將各等值參數以及邊界節(jié)點處的量測量按實部和虛部展開，并令等式兩端的實部和虛部分別相等，建立量測方程為：式中：x'＝[Ei,Re,Ei,Im,Ri,Xi,Rij,Xij,ILi,Re,ILi,Im,Bi]T,i＝1,2,...,n，x'是量測方程公式(3)和公式(4)中的變量，Ei,Re和Ei,Im分別是的實部和虛部，Ri和Xi分別是等值擴展支路阻抗Zi的實部和虛部，Rij和Xij分別是等值互聯支路阻抗Zij的實部和虛部，ILi,Re和ILi,Im分別為等值負荷電流的實部和虛部，Bi為等值對地支路電納，Ii,Re和Ii,Im分別為的實部和虛部，和分別為的實部和虛部，和分別為的實部和虛部，a和b分別為的實部和虛部，c和d分別代表了的實部和虛部；(3)計算外網等值參數的典型值并建立等值參數的物理約束第(2)步完成后，根據外網的最大運行方式和最小運行方式下的典型運行數據及外網等值網絡的特點，用現有基于元件特性和靈敏度一致性的靜態(tài)等值方法計算本發(fā)明中等值支路阻抗Zi和Zij、等值對地支路電納Bi、等值負荷電流及等值負荷電流幅值ILi、等值發(fā)電機節(jié)點電壓的典型值，其中Ri,Xi,Rij,Xij,Bi,ILi的典型值按以下公式計算：x'maxo＝[Ri,maxo,Xi,maxo,Rij,maxo,Xij,maxo,Bi,maxo,ILi,maxo]T(5)x'mino＝[Ri,mino,Xi,mino,Rij,mino,Xij,mino,Bi,mino,ILi,mino]T(6)式中：x'maxo和x'mino分別為最大、最小運行方式下的兩組外網等值參數典型值向量，下標maxo代表了最大運行方式，mino代表了最小運行方式，Ri,maxo,Xi,maxo分別是外網最大運行方式下待求等值擴展支路阻抗中Ri,Xi的典型值，Rij,maxo,Xij,maxo分別是外網最大運行方式下待求等值互聯支路阻抗中Rij,Xij的典型值，Bi,maxo是外網最大運行方式下待求等值對地支路Bi的典型值，ILi,maxo是外網最大運行方式下待求等值負荷電流賦值的典型值；同理計算外網最小運行方式下各待求參數的典型值；根據繼電保護的規(guī)定，最大運行方式下外網中的負荷水平較高，發(fā)電機、線路和變壓器均投入運行，無功補償設備向系統提供了較多的無功功率，此時外網的負荷節(jié)點與邊界節(jié)點之間的系統阻抗最小，外網負荷電流幅值最大，外網等效到邊界節(jié)點處的并聯電納值最大，最小運行方式下外網中的負荷水平較低，外網中部分設備退出運行，無功補償設備向系統提供的無功功率減小或者吸收系統過剩的無功，此時外網的負荷節(jié)點與邊界節(jié)點之間的系統阻抗最大，外網負荷電流幅值最小，外網等效到邊界節(jié)點處的并聯電納值最小，另外，考慮到實際電力系統發(fā)電機機端電壓的調壓要求，外網等值網絡中等值電壓源電...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：廖龍飛，余娟，顏偉，趙霞，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶;85